Потеря опухолью белка p53 способствует росту в ней нервных волокон

Потеря опухолью белка p53 способствует росту в ней нервных волокон

Некоторое время назад было установлено, что прорастающие в опухоль нервные волокна способствуют росту опухолей, но почему это происходит, осталось неизвестным. В недавнем исследовании американским ученым удалось показать, что утрата раковыми клетками способности вырабатывать нормальный белок р53, который является главным супрессором опухолей, приводит к перепрограммированию сенсорных нейронов из микроокружения опухоли в адреногенные, то есть вырабатывающие адреналины. Именно это и способствовало росту опухолей головы и шеи у мышей. Лекарственные средства, блокирующие адреналиновые рецепторы, затормозили развитие опухолей. Открытый механизм «диалога» между раковыми клетками и нейронами может стать перспективной мишенью для разработки новых противораковых средств.
 168 •
  0
07.07.2020
Рис. 1. Графическое представление выводов из обсуждаемой работы — схема того, как опухоли манипулируют нейронами, заставляя их стимулировать развитие рака. Раковые клетки выделяют в микроокружение опухоли везикулы с микроРНК, которые поглощаются в том чис

Раковые опухоли развиваются в организме не сами по себе. Они постоянно взаимодействуют с окружающими клетками, влияя на них при помощи поверхностных и секретируемых сигнальных молекул. Совокупность здоровых клеток разных типов, которые находятся в непосредственной близости от опухоли и контактируют с ней, называют микроокружением (см. Tumor microenvironment). Можно сказать, что опухоли эксплуатируют клетки микроокружения в своих интересах: фибробласты помогают им расти, кровеносные сосуды прорастают внутрь опухоли, чтобы доносить туда кислород и питательные вещества, а активность иммунных клеток микроокружения, наоборот, подавляется опухолью, лишая организм части защиты.

В микроокружении есть и нервные клетки, причем нервные волокна прорастают внутрь опухоли уже на самых ранних стадиях ее развития и продолжают прорастать по мере развития опухоли. Уже довольно давно известно, что чем гуще сеть нервных волокон внутри опухоли, тем хуже для пациента прогноз течения и исхода заболевания (см., например, C. Magnon et al., 2013. Autonomic Nerve Development Contributes to Prostate Cancer Progression). Судя по всему, сигналы от нервных волокон играют важную роль в стимулировании роста опухоли, формировании в ней сети кровеносных сосудов, прорастании опухоли в окружающие ткани и образовании метастазов. Но о молекулярных механизмах взаимоотношений нервов и раковой опухоли не было известно практически ничего. Недавно большой коллектив ученых под руководством Морана Амита (Moran Amit) из Онкологического центро имени М. Д. Андерсона, относящегося к Техасскому университету, предпринял попытку в них разобраться.

При раках головы и шеи (при которых поражаются язык, ротовая полость, слюнные железы, гортань или другие органы и ткани головы и шеи), в раковых клетках очень часто мутирует ген TP53, являющийся супрессором опухолей (см., например, Главный борец с опухолями ген ТР53 может превращаться в онкоген, «Элементы», 11.11.2015). Из-за этого исчезает или теряет активность его продукт — белок p53, который регулирует клеточный цикл и играет важнейшую роль в предотвращении образования злокачественных опухолей. В случае мутации гена этот белок утрачивает активность. Поскольку в норме р53 участвует и в регуляции правильного формирования нервных волокон, исследователи предположили, что p53 при раках головы и шеи может подавлять взаимодействие нервов и опухоли, а утрата активности p53 усиливает их взаимодействие и способствует прогрессии опухоли.

Анализ клинических данных пациентов с карциномой ротовой полости показал, что густая сеть нервных волокон в раковой опухоли положительно коррелирует с наличием в клетках мутаций гена TP53 и со значительным снижением выживаемости больных (рис. 2).

Рис. 2. Слева — выживаемость пациентов с карциномой ротовой полости. Хорошо видно, что у пациентов, у которых наблюдалась высокая плотность нервных волокон в опухоли (красный график), выживаемость сильно ниже. Справа — количество нервных волокон на единицу площади среза опухоли у пациентов, в клетках которых были найдены мутации в гене TP53 (красный столбик), и у пациентов без таких мутаций. Здесь хорошо видно, что густота сети нервных волокон положительно коррелирует с наличием мутаций в этом гене. Графики из обсуждаемой статьи в Nature

Поэтому ученые сосредоточились на исследовании взаимодействия между нервами и эпителиальными клетками (с нормальной или нарушенной функцией гена TP53). Эксперименты проводились на генно-модифицированных мышах, у которых можно было избирательно выключить ген TP53 в клетках эпителия (в качестве контроля использовались обычные лабораторные мыши). С помощью сильного канцерогена 4-нитрохинолин-1-оксида у мышей вызывали сначала предраковые изменения тканей ротовой полости, которые затем прогрессировали в раковые опухоли плоскоклеточной карциномы ротовой полости (oral cavity squamous cell carcinoma, OCSCC). И на ранних, и на более поздних стадиях развития рака в опухолях мышей с нарушенной функцией гена TP53 сеть нервных волокон была гораздо гуще, чем опухолях с нормально функционирующим этим геном.

Чтобы детальнее разобраться с нейрогенезом, из мышей извлекали нервные ганглии, которые затем культивировали in vitro совместно с нормальными кератиноцитами ротовой полости или с раковыми клетками, несущими различные мутации гена TP53. Отслеживая прорастание нервных волокон из ганглиев, ученые установили, что клетки с мутациями p53null, p53R273H (приводит к полной утрате функции белка) и p53C238F (нарушает третичную структуру белковой молекулы) наиболее активно стимулировали рост нервных волокон. В то же время клетки с мутацией p53G245D (нарушает связь р53 с ДНК) стимулировали рост не так активно.

Чтобы определить, каким путем передается к ганглиям фактор, влияющий на рост нервных волокон, ганглии инкубировали либо с очищенными внеклеточными везикулами (которые секретировались в культуральную среду раковыми клетками с нормальным или с мутантным TP53), либо с культуральной средой без везикул. Оказалось, что именно везикулы транспортируют этот фактор.

Рис. 3. Результаты культивирования нервных ганглиев мышей в среде, в которой либо совсем отсутствовали внеклеточные везикулы (слева), либо присутствовали везикулы, секретируемые раковыми клетками с нормальным или с мутантным геном TP53. Хорошо видно интенсивное прорастание нервных волокон в случае доступа к ганглию везикул из клеток с мутантным TP53. Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature

Везикулы — главные переносчики РНК между клетками. В том числе они транспортируют так называемые микроРНК — малые некодирующие молекулы РНК длиной 18–25 нуклеотидов, которые участвуют в регуляции экспрессии генов на уровне транскрипции и трансляции. Сравнение наборов микроРНК из везикул раковых клеток с нормальным и мутантным р53 выявило существенное обогащение первых двумя конкретными видами микроРНК, которые обозначаются miR-34а и miR-141. Блокирование этих микроРНК с помощью специфических антагонистов показало, что рост нервных волокон ганглиев in vitro стимулировался только при блокировании miR-34а. При блокировании синтеза miR-34а в опухолях мышей in vivo наблюдалось увеличение количества нервных волокон, хотя ген TP53 не был нарушен. То же самое наблюдалось в опухолях мышей с нормальным геном TP53 при инъекции везикул из клеток, дефектных по этому гену.

В чем же разница между нервами, прорастающими в опухоли с нормальным и дефектным белком р53? Авторы сравнили наборы мРНК в нейронах. В нейронах ганглиев, обработанных везикулами дефектных по TP53 клеток, по сравнению с везикулами от клеток с нормальным TP53, наблюдалось угнетение транскрипции 1760 генов и усиление транскрипции 2495 генов. Активированные гены были связаны с выживанием и формированием нервов, с их ростом и ветвлением, подавленные — с основными функциями нейронов, в частности — с передачей нервных импульсов в синапсах. Оказалось, что дефектные по TP53 опухоли перепрограммировали нейроны из микроокружения в адреногенные (выделяющие адреналин и родственные ему соединения, маркированные тирозин-гидролазой), и именно они способствовали росту опухолей.

Несколько лет назад было показано, что лекарство карведилол, с помощью которого лечат гипертонию и некоторые сердечные заболевания, значительно снижает вероятность заболеть раком (C. S. Lin et al., 2015. Carvedilol use is associated with reduced cancer risk: A nationwide population-based cohort study). Карведилол блокирует адреногенные пути передачи нервных импульсов. Поэтому авторы решили проверить, может ли его противораковое свойство быть связано со способностью воздействовать на адреногенные нейроны и дефектные по TP53 опухоли мышей. Мышам прививали в язык клетки двух различных дефектных по TP53 линий OCSCC человека. Затем их делили на две группе: в одной мышам давали карведилол, в другой не давали. Сравнение темпов роста опухолей показало, что лечение карведилолом сильно подавляло их развитие.

Подводя итог, можно сказать, что в обсуждаемой работе удалось расшифровать механизмы «диалога» между периферическими нервами и раковыми клетками и показать, что раковые клетки, в которых мутировал ген TP53, вызывают перепрограммирование нервов. Поскольку мутации этого гена являются наиболее частыми онкогенными событиями (они, например, происходят в 60% случаев колоректального рака, в 50–80% случаев рака легких, в 95% случаев рака яичников), то обсуждаемая работа может дать толчок в развитии лекарственных средств, действие которых связано с влиянием на этот ген.

Источник: elementy.ru

Комментарии для сайта Cackle

Актуальное

Главное


Партнеры

Все партнеры